天南星科观赏植物组织培养研究进展

周怡璇

（鲁东大学农林工程研究院，山东烟台 264000）

天南星科是单子叶植物纲、天南星科目中的一科，其种类繁多，目前世界已知的有110 余属2000 余种[1]，主要分布在热带、温带和亚热带地区，其中热带分布占90%以上。随着人们对生活品质和家居环境要求的提升，室内绿植需求量急剧增加，天南星科植物因其叶姿和叶色优雅多变，花姿花色独特精巧而深受人们青睐[2]，在市场上长期占据重要地位。目前，市场上的种类多为引进的热带庭园观赏植物。天南星科观叶植物主要分为2 大类，一类是常绿的，如龟背竹、花叶万年青、绿萝等；另一类是休眠期叶子枯萎的，如马蹄莲、花叶芋等[3]。

天南星科观赏植物需求量巨大，而常规的依靠分株法进行繁殖，因其繁殖系数低、速度慢等因素的制约，难以满足日益增长的市场需求。以组织培养为基础的工厂化生产是解决该困境的有效策略。植物组织培养技术可以在保持母本优良性状的前提下实现快速繁殖，从而获得大量的幼苗。此外，组织培养环境条件可控，获得的组培苗在分子育种、植物基因工程等领域也发挥着重要作用[4]。为此，综述了天南星科观赏植物组织培养的现状，分析了存在的问题，并提出了进一步研究的方向，旨在促进天南星科观赏植物组织培养技术进一步发展。

1 天南星科观赏植物组培现状

植物组织培养是指在无菌的培养条件下，将植物组织、器官、原生质体和细胞等在含有各种植物激素和营养物质的培养基上培养，同时给予合适的培养条件，使其成长为完整的植株的技术[5]。广义的植物组织培养包括组织培养、器官培养、胚胎培养、原生质体培养、细胞培养等；狭义的植物组织培养是指离体组织快繁技术即试管繁殖技术或微型繁殖（Micro-propagation）[6]。

近年来，植物组织培养工厂化生产具有保持植物优良性状和快速扩繁等工业化特点，是一种新兴的生产技术手段，在园艺植物的工厂化生产领域发展迅速[7]。自20 世纪70 年代以来，我国对植物组织培养商业化应用的研究取得了显著进展。杨树、马尾松、泡桐、落叶松、火炬松、竹子和桑树等树种从器官、茎尖、熟胚、花药和愈伤组织诱导成苗[8]。然而，植物组织培养工厂化生产也存在一定的困难，首先，繁殖效率和商品需求量不平衡，有些植物因技术问题，无法满足工厂化生产的需要；其次，大部分植物组织培养工厂化生产成本较高，无法大规模工厂化生产。

2 天南星科观赏植物组培的影响因素

建立天南星科植物高效快繁体系需要考虑很多因素，包括合适的快繁途径、外植体类型、基本培养基类型、植物生长调节剂类型、培养条件的控制等，近些年的研究也主要集中在这些方面。

2.1 外植体的选择

选择合适的外植体是植物组织培养的首要步骤，也是最重要的一步，不同类型的外植体对植物组织培养的效果有很大的影响。一般来说，植物的组织、器官、原生质体和细胞等都可以用于组织培养，但许多研究表明，植物器官或组织及其生理状态或发育阶段不同，其在成长为完整植株的能力上存在较大差异。在采集外植体时，应根据植物的生态习性、组织培养目的和快繁方式来选择合适的外植体，一般选择幼嫩的器官或组织，如叶片、叶柄、顶芽、侧芽、茎段等。

邱鸿步等[9]选用匙鞘万年青的茎段进行组织培养研究发现，试管苗成活率为95%以上，年繁殖系数达到53.1 倍，并且组培苗性状稳定。朱根发等[10]选用茎段侧芽作外植体进行组织培养研究发现，虽然部分品种的增殖率较低，但所有品种的母株性状在再生植株中均能稳定保持，结果表明花叶万年青茎段侧芽是合适的组培快繁生产的外植体。

2.2 培养基的影响

现在植物组织培养中使用的基本培养基大多是MS、B5、WPM 和White 培养基，每种培养基的无机盐含量或其他营养成分都不相同。在组织培养中，培养基中的蔗糖为幼苗提供了碳源，并能防止幼苗玻璃化。此外，较高的糖浓度对诱导愈伤组织是必要的，但并不是越高越好，高浓度糖诱导的愈伤组织在继代培养中容易发生褐变和死亡现象。在植物组织培养中，外植体在培养基上附着，并从中吸收各种营养物质。不同的培养基对于有目的的组织培养是非常重要的，培养基的组成直接影响着外植体的生长发育。近年来，国内大多数研究人员采用MS 培养基作为天南星科植物的基本培养基[11-13]。MS 培养基最早是应用于烟草的组织培养，后来应用于其他植物的组织培养[14]。

2.3 植物生长调节剂的影响

植物生长调节剂是指能够调节植物生长、增殖和分化的化学物质，其主要由人工合成。植物组织培养过程中，除了基本培养基的基本组成外，培养基中添加植物生长调节剂的种类、比例等对外植体生长发育的影响也不尽相同[15]。在天南星科植物组织培养中，常用的生长调节剂包括萘乙酸（NAA）、6 苄氨基嘌呤（6-BA）、噻二唑苯基脲（TDZ）、吲哚乙酸（IAA）、吲哚丁酸（IBA）、赤霉素（GA3）、2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）等。

2.4 培养条件的影响

除了以上这些因素外，植物组织培养的温度、光照、湿度等条件也是保证培养顺利进行的重要因素[16]。在大部分的天南星科植物组织培养研究中，培养温度基本维持在（26±2）℃，培养光照时间为（10±2）h/d，培养光照基本保持在1000～2000Lx[11-12,17]。植物组织培养中温度、光照度等对苗的生长发育有着十分重要的影响。因此，在天南星科植物组织培养的过程中，要多注意培养过程中光照和温度等条件。

3 天南星科观赏植物组培中常见的问题及处理

3.1 褐化现象

褐化是由于植物组织中的多酚氧化酶被激活，导致酚类化合物在细胞中集聚成深色大分子，从而导致培养基的逐渐褐变，进而导致外植体的褐化甚至死亡。外植体的褐化不仅降低外植体生长发育的速度，影响外植体愈后的形态学观察和分析，同时，褐化外植体也给植物组织培养带来很大困难。外植体的褐化程度受外植体大小、植物种类、起始培养基种类以及培养温度等因素的影响。植物组织培养褐化会对外植体的脱分化和再分化等进程有严重影响，是组织培养过程中亟待解决的问题，并且关系天南星科观叶植物组织培养的成功与否。在培养基中加入抗坏血酸（Vc），可有效地防止褐化，因为它不仅能抑制多酚氧化酶的活性，而且能在多酚氧化酶的催化作用下消耗溶解氧气，使酚类化合物因缺氧而不能氧化[18]。除此之外，多胺、蛋白水解产物等物质也可有效地防止褐化[19]。

3.2 污染现象

污染是指在植物组织培养中，培养材料、培养基生出杂菌，造成整个培养实验失败，这是一个非常常见的现象。在植物的组织中，通常存在2 种污染方式：一种是无菌操作不规范以及外植体消毒不彻底引起的污染；另一种是由细菌和真菌引起的内源菌污染[20]。外植体携带的细菌与采样季节、外植体类型、处理方法有很大的关系。真菌污染是由霉菌引起的，一般在接种2～10d 后，培养基就会出现各种颜色的霉菌。为防止污染，样品应取自健康、无虫害的材料，并尽可能取自生长在温室和人工气候条件下的植物。在接种培养过程中，应及时更换用于切割外植体的无菌盘，并使用多套手术刀和镊子来减少交叉污染的机会和提高接种效率。

3.3 玻璃化现象

玻璃化是指在组织培养过程中苗呈半透明状、组织结构发育畸形的现象，是一种生理失调或生理病变，又称为超水化。此外，发生玻璃化的苗具有很低的分化能力，易造成植株死亡，且移栽成活困难。玻璃化的成因较复杂，目前主要采取以下措施来预防：一是选择对逆境耐受能力较强的外植体，一般来说，顶芽部位有利于降低玻璃化苗的发生概率[21]；二是降低培养基的水势，选用含灰量低的琼脂粉来增加琼脂浓度[22]；三是适当调整培养基中植物生长调节剂的类型和比例，激素以及生长素和细胞分裂素的配合使用会影响玻璃化的发生机率[23]；四是适当通气，改善CO2和O2的供应状况，保持适宜的空气湿度；五是适当增加光照时间和光照强度，研究发现，幼苗曝露在自然光照几天后，其玻璃化现象就会逐渐消失[24]。

4 展望

目前，越来越多的天南星科植物已经建立组织培养快繁体系，植物组织培养不仅加速了一些工厂化生产的进程，其和诱变育种技术、基因编辑技术相结合，还为新品种的培育提供重要基础，加速新品种培育进程。但是，组织培养过程中仍会出现褐化、污染等问题，从而增加组织培养的成本，并且影响组织培养技术的进一步推广，制约着产业发展。因此，今后应加大科研投入，加强基础研究的深度以及理论体系的构建，扩大研究范围，注重组织培养的开发和市场化的应用等，从而使该技术更好地为科学研究和生产实践服务。相信在未来的几十年内，组织培养技术必将为社会创造更大的价值和效益。